宇宙中的地球

1. 地球所处的宇宙环境
天地四方曰宇、古往今来曰宙，宇宙即无限的空间加上无限的时间，它是一个运动、发展和变化着的世界。
宇宙中的一切物质的存在形式都是天体，天体有多种类型，恒星(如太阳)和星云是最基本的天体，此外还有不断移动的行星(如地球)、绕行星公转的卫星(如月球)、拖着长尾的彗星、一闪即逝的流星、弥漫于星际空间的物质等。
运动着的天体相互吸引、相互绕转，形成天体系统。其层次如下：
总星系月球(地球)
2. 地球是太阳系中一颗既普通又特殊的行星
太阳系中按距日由近到远有八大行星，分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，如下图。

小行星带位于火星轨道和木星轨道之间。
地球的普通性：①从运动特征看，地球与其他七大行星十分相似，绕日公转时都具有共面性、同向性和近圆性三大特征。②从结构特征来看，地球的质量、体积、密度与水星、金星、火星等类地行星非常相近。
地球的特殊性：地球是目前人类能探测到的宇宙中唯一有生命生存和繁衍的天体。
地球存在生命的原因：①从外部环境看，太阳系中的大、小行星各行其道，地球的宇宙环境较安全。此外，太阳长期以来没有明显的变化，地球所处的光照条件相对稳定。②从自身条件来看，地球有适宜的温度(日地距离适中、自转和公转周期适中、大气的削弱和保温作用)、适合生物呼吸的大气(地球的体积和质量适中)和液态水。
3. 太阳对地球的影响
(1) 太阳辐射：太阳辐射的能量来源于核聚变反应，即四个氢原子核聚变为一个氦原子核时释放的能量，太阳在损失质量的同时释放出大量的能量。太阳辐射对地球的影响如下表所示。


【归纳总结】影响到达地面的太阳辐射多少的因素
(1) 太阳高度(纬度)：纬度越低的地区，正午太阳高度一般越大，因此单位面积获得的太阳辐射能越多。
(2) 气象气候因素：多云、雾、雨的地区，大气对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射能少。
(3) 海拔：海拔高的地区，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱较少，因此到达地面的太阳辐射能较多。
(2) 太阳活动：太阳大气从里到外可分为光球层、色球层和日冕层，我们肉眼所见的太阳，为其光球层。太阳活动主要有光球层上的黑子(因温度稍低，故较暗)和色球层上的耀斑(较明亮的斑块)，它们的活动周期都是11年。黑子和耀斑是太阳活动的主要标志。
(3) 太阳活动对地球的影响：①太阳活动会引起电离层扰动，从而影响无线电短波通讯。②太阳大气抛出的带电粒子会扰乱地球磁场，产生“磁暴”现象。③太阳大气抛出的高能带电粒子，会在两极地区的夜空形成极光。④地球上的许多自然灾害与太阳活动有关，如地震、水旱灾害等。
4. 地球运动的地理意义
(1) 地球自转：地球时刻不停地围绕地轴自西向东自转，从北极上空看为逆时针方向，从南极上空看为顺时针方向，如下图。

地球自转的速度有线速度和角速度之分。线速度自赤道向两极递减，赤道处的线速度最大，南北纬60°处的线速度约为赤道的一半，极点的线速度为0。角速度除南北两极点为0外，其余各地相等，都是每小时15°。
地球自转的周期有太阳日和恒星日之分。

(2) 地球公转：地球在公转轨道上自西向东绕日公转，一般用逆时针方向表示。地球公转的轨道是一个近似于正圆的椭圆形，太阳位于该椭圆的一个焦点处，从而导致日地的距离不断地发生变化。在地球公转轨道上，地球于每年的1月初运行至近日点，每年的7月初运行至远日点。
【易错提醒】地球位于公转轨道上的近日点时，既不是我们气温最高的7～8月份，也不是我国大部分地区正午太阳高度最高的6月22日或我国各地正午太阳高度最低的12月22日，而是1月初。导致地球上冷热变化的主要因素是太阳高度角，而非日地距离的远近。
地球公转的速度也有线速度和角速度之分，但不管是线速度还是角速度的大小都与日地距离有关。在近日点时，地球公转的角速度、线速度最快；在远日点时，地球公转的角速度、线速度最慢。在向近日点移动时，地球公转的角速度、线速度不断地加快；在向远日点移动时，地球公转的角速度、线速度不断地减慢。

【规律总结】判断地球在公转轨道上的位置时，主要分两种情况：一是太阳明显地偏离椭圆中心，这时可轻易得出远日点和近日点，然后据此判断出二分二至日；二是太阳位于椭圆的中心，这时要根据地轴的倾斜方向，从左、右侧的位置入手，若地轴的北极倾向太阳，则该位置为夏至，反之为冬至，然后再判断出其他位置即可。
地球公转的周期有恒星年和回归年之分，恒星年是以某颗恒星为参照物，地球公转360°所用的时间，其长度为365日6时9分10秒。回归年是以太阳为参照物，太阳直射点作一次回归运动所用的时间，其长度为365日5时48分46秒。我们通常所说的一年是指的是一个回归年。
地球自转产生的赤道平面和公转产生的黄道平面之间存在23°26′的夹角，该角的存在导致太阳直射点出现了南北移动，如下图。

(3) 地球自转产生的地理意义
①昼夜交替现象：由于地球本身不发光、也不透明，故任一时刻只能有半个地球被太阳照亮，这半个地球被称为昼半球，另外半个未被照亮的半球叫夜半球，它们之间的界线为晨昏线。由于地球不停地自转，晨昏线在地球表面不停地移动，从而使得地球上出现了昼夜更替现象。
【知识拓展】晨昏线的其他表述：①昼夜半球的分界线，②垂直与太阳光线且过地心的平面与地球表面的交线，③地球上所有看见日出、日落的点的集合，④在等太阳高度线图中太阳高度为0°的点组成的等值线。
【方法指导】顺着地球自转，由昼半球过渡到夜半球的界线为昏线，由夜半球过渡到昼半球的界线为晨线。如下面左图中的AB为昏线，右图中的CD为昏线，ED为晨线。


【解题模板】①根据晨昏线与纬线圈相切的位置判断太阳直射点的纬度：晨昏线与极圈相切且北极圈内发生极昼，为北半球夏至日。晨昏线与纬线圈相切的纬度与太阳直射的纬度互余。②根据晨昏线与纬线圈的切点、晨昏线与赤道的交点判断时间：晨昏线与纬线圈的切点，其地方时为0时或12时。晨线与赤道的交点，地方时为6时。昏线与赤道的交点，地方时为18时。③根据晨昏线与纬线圈的关系判断昼长、夜长：晨昏线与纬线圈相交且把纬线圈分成两段弧——昼夜和夜弧，根据昼弧和夜弧的百分比可判断出昼长和夜长。在此基础上可以进一步判断出日出、日落时间。
②经度时差：由于地球自西向东自转，位置越靠东边的地区就越早看到太阳，因此地方时就越早。地球每日转动360°，因此每向东15°，则地方时增加1小时，每向西1°，则地方时减4分钟。可用公式表示：T求＝T知±4分钟×两地经度差。
为了方便，人们把全球分为24个时区，每个时区跨经度15°，用各时区内中央经线的地方时作为整个时区统一使用的时间，这就是区时，相邻两个时区的区时相差1小时，也就是说，两地相差几个时区，区时就差几个小时。与地方时一样，区时也是东早西迟，即向东加、向西减，可用公式表示：T求＝T知±1小时×两地时区差。
为了防止日期的紊乱，人们以180°经线为基础，设置了日界线。自西向东过日界线，日期要减一天，反之则加一天。
【易错警示】有些同学会错误地认为东十二区位于西十二区的东边，由东十二区进入西十二区，要向西过日界线。事实上，西十二区位于日界线之东，东十二区位于日界线之西，即东十二区位于西十二区的西边，由东十二区进入西十二区，要向东越过日界线。
【技巧点拨】在判断日期范围时，由于日界线的位置不变，因此只需找出0时线即可，而0时线一定位于太阳直射经线的对面，从而可将这类问题转换成相对简单的时间计算问题。此外，在答题时要注意描述清楚方向，由0时线向东至日界线为早一天的范围，由0时线向西至日界线为晚一天的范围。
③地转偏向力：由于地球自转，地球表面的物体在沿水平方向运动时，其运动方向会发生偏转，我们把这种促使水平运动物体运动方向发生偏转的力，叫水平地转偏向力，它对地球上的气流、水流的影响明显。在它的影响下，北半球水平运动的物体会向右偏、南半球则向左偏，且纬度越高的地区，偏转得越明显，赤道上水平运动的物体不产生偏向。
(4) 地球公转产生的地理意义
①正午太阳高度的变化：任意一天，全球的正午太阳高度由太阳直射的纬线向南北两侧递减。如6月22日，太阳直射北回归线，北回归线上的正午太阳高度为90°，离北回归线越远，正午太阳高度越小，即该日全球正午太阳高度的分布规律是由北回归线向南北两侧递减。下图示意全球正午太阳高度的分布，A为春秋分日，B为夏至日，C为冬至日。

任意一个地点，太阳直射点靠近该地时，该地正午太阳高度变大，反之变小。如位于32°N的南京，12月22日至次年6月22日，太阳直射点不断北移，离南京越来越近，故南京的正午太阳高度也越来越大，6月22日达最大值。6月22日至12月22日，太阳直射点不断南移，离南京越来越远，南京的正午太阳高度也越来越小，12月22日达最小值。
【规律总结】赤道上的正午太阳高度一年中有两个最大值(出现在春、秋分日)和两个最小值(出现在冬、夏至日)，赤道和回归线之间的地区一年中有两个最大值(直射时)和一个最小值(冬至日或夏至日)，回归线至极圈的地区一年中一个最大值(所在半球的夏至日)和一个最小值(所在半球的冬至日)。
【答题技巧】太阳高度的应用一般会与以下问题结合
(1) 确定时间：当某地太阳高度达到一天中的最大值时，此时日影最短，当地地方时为12时。
(2) 确定房屋朝向：北回归线以北的地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；南回归线以南的地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
(3) 判断日影长短及方向：正午太阳高度越高，日影越短，反之越长，且日影方向总是背向太阳。
(4) 计算楼距：一般来说，纬度越低，楼距越短；纬度越高，楼距越大。解题关键是计算当地冬至日的正午太阳高度及影长。
(5) 计算热水器安装角度：太阳光线与热水器集热板垂直时热效率最高。
②昼夜长短的变化
太阳直射赤道时，全球各地昼夜长短相等，皆为12小时。
太阳直射北半球时，北半球各地昼长夜短，且纬度越高，昼越长、夜越短，北极点附近出现极昼现象。其中6月22日，北半球各地的昼长达最大值，北半球出现极昼现象的范围也达最大值(北极圈及其以北地区)。南半球昼短夜长，且纬度越高，昼越短、夜越长，南极点附近出现极夜现象。
当太阳直射南半球时，情况刚好相反。
赤道上的昼夜始终平分。
下图示意全球昼长的分布，A表示春秋分，B表示夏至日，C表示冬至日。


【规律总结】北半球出现极昼的地方，日出、日落的方位都是正北方；南半球出现极昼的地方，日出、日落的方位都是正南方。除此之外，太阳直射赤道时，全球各地日出于正东方，日落于正西方；北半球昼长于夜时，各地日出于东北方，日落于西北方；南半球昼长于夜时，各地日出于东南方，日落于西南方。
【拓展应用】根据昼长可计算出各地的日出、日落时间，用公式表示为“日出、日落时间＝12±昼长/2”。例：某地昼长16小时，则该地早晨4时日出，20时日落。也可用下图表示。

③四季的划分
从天文含义看，夏季就是一年中太阳高度最大、白昼最长的季节，冬季就是一年中太阳高度最小、白昼最短的季节，春秋季是冬夏季之间的过渡季节。
我国传统上以二十四节气中的立春、立夏、立秋、立冬分别作为四季的开始。
欧美等国家传统上以春分、夏至、秋分、冬至作为四季的开始。
气候统计上，把6、7、8三个月作为夏季、9、10、11三个月作为秋季。
【考点研究】许多地理现象都具有明显的季节性变化，常伴生在一起进行考查，如北半球夏季发生的现象有：地球位于公转轨道的远日点附近，北半球昼长夜短，北半球大部分地区的正午太阳高度较大，北半球地中海气候区降水少，北印度洋的季风洋流呈顺时针方向流动，东亚盛行东南风、南亚盛行西南风，气压带、风带的位置偏北，陆地等温线向北弯曲，我国东、西部河流都进入汛期，北半球雪线高度较高，我国多滑坡、泥石流、台风等灾害，华北收割小麦、长江中下游插秧，巴西高原草木枯黄。
④产生了五带
五带是指热带、南北温带和南北寒带，它们是以回归线和极圈划分出来的，如下图所示。

5. 地球的圈层结构及各圈层的主要特点
(1) 地球内部圈层的划分依据：根据地震波波速的变化，人们在地下33千米处发现了莫霍界面。通过该面时，无论是纵波还是横波，波速都会大增。在地下2 900千米处发现了古登堡界面，横波通过该面时消失，而纵波通过该面时波速大幅下降。
(2) 地球的内部圈层及其特征
 
(3) 岩石圈：包括地壳的全部和上地幔的顶部，该部分是由岩石组成的。
(4) 地球的外部圈层及其特征
①大气圈：由气体和悬浮物质组成，主要由氮、氧组成。
②水圈：是连续但不规则的圈层。
③生物圈：由生物及其生存环境组成，包括大气圈的底部、水圈的全部、岩石圈的上部。